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再生混合构件抗剪与抗弯性能的试验与理论研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，建筑业得到了迅猛发展。然而，这也导致建筑废弃物的产生量与日俱增。据统计，我国每年产生的建筑废弃物约为2亿吨，占全球总产量的40%以上。这些废弃物主要包括混凝土、砖石、钢筋、木材等，若随意堆放或填埋，不仅会占用大量土地资源，还会对土壤、水源和空气质量造成严重污染，同时，建筑废弃物的处理过程还会产生大量温室气体，加剧全球气候变化。为了解决建筑废弃物问题，我国政府出台了一系列政策措施，如《关于推进建筑垃圾资源化利用的意见》等，旨在加强建筑废弃物的管理和回收利用，相关法规制度也在不断完善，如《城市建筑垃圾管理规定》等。

在这样的背景下，再生混合构件的研究应运而生。再生混合构件是将废弃混凝土作为再生骨料，部分替代天然骨料制备而成的环保建筑构件，其不仅能够减少建筑垃圾对环境的污染，还能节约原材料和能源的消耗，具有显著的经济和环境效益。从经济效益来看，使用再生混合构件可降低对天然骨料的依赖，减少资源采购成本，同时减少建筑垃圾处理费用。从环境效益讲，能有效减少建筑垃圾填埋量，降低对土地和环境的压力，减少因开采天然骨料对生态环境的破坏。此外，对再生混合构件抗剪和抗弯性能的研究，能为其在建筑结构中的广泛应用提供理论依据，推动建筑结构领域的可持续发展，促进建筑行业向绿色、环保方向转型升级。

1.2国内外研究现状

国内外学者对再生混合构件的抗剪和抗弯性能展开了丰富的研究。国外研究起步较早，在再生骨料的性能研究、再生混合混凝土的配合比设计以及再生混合构件的力学性能试验等方面取得了一定成果。部分学者通过试验研究了再生骨料取代率对再生混凝土梁抗弯性能的影响，发现随着再生骨料取代率的增加，梁的抗弯强度和刚度呈现下降趋势，但通过合理的配合比设计和添加剂的使用，可以在一定程度上改善这种情况。

国内在再生混合构件研究方面也取得了显著进展。众多学者针对不同类型的再生混合构件，如再生混凝土组合梁、再生混凝土柱等，开展了抗剪和抗弯性能试验研究。有研究表明，再生混凝土组合梁的抗剪性能与箍筋配置、混凝土强度等因素密切相关；再生混凝土柱的抗弯性能则受到轴压比、纵筋配筋率等因素的影响。然而，目前的研究仍存在一些不足之处。一方面，对于再生混合构件在复杂受力状态下的性能研究还不够深入，尤其是抗剪和抗弯性能的耦合作用研究较少；另一方面，现有的研究成果在实际工程应用中的推广还存在一定困难，缺乏完善的设计理论和规范指导。

1.3研究目的与内容

本研究旨在深入探究再生混合构件的抗剪和抗弯性能，分析影响其性能的关键因素，为再生混合构件的设计和工程应用提供更为完善的理论依据和技术支持。具体研究内容包括：

开展再生混合构件的抗剪和抗弯性能试验，通过设计不同参数的试件，如再生骨料取代率、配筋率、构件尺寸等，系统地测试其在不同受力条件下的抗剪和抗弯性能，获取试验数据，包括破坏模式、极限荷载、变形等。

基于试验结果，分析再生骨料取代率、配筋率、混凝土强度、构件尺寸等因素对再生混合构件抗剪和抗弯性能的影响规律，明确各因素的作用机制，为构件的性能优化提供理论指导。

建立再生混合构件抗剪和抗弯性能的理论计算模型，结合试验数据和已有研究成果，考虑再生混合构件的材料特性和受力特点，推导抗剪和抗弯承载力的计算公式，并通过与试验结果的对比验证，完善理论计算模型。

根据研究成果，提出再生混合构件抗剪和抗弯设计的建议和方法，为实际工程设计提供参考，推动再生混合构件在建筑结构中的广泛应用。

二、试验设计与方法

2.1试验材料选择

本试验选用的再生骨料来自建筑拆除产生的废弃混凝土，经过破碎、筛分和清洗等预处理工艺得到。再生骨料相较于天然骨料，其表面粗糙、形状不规则，且孔隙率较高，导致吸水率较大，一般在6.5%左右，约为天然粗骨料的3倍，这一特性会对混凝土的工作性能和力学性能产生显著影响。由于再生骨料表面附着的水泥浆体较多，且在破碎过程中内部产生大量微裂纹，使其与水泥浆体的粘结性能与天然骨料存在差异，进而影响混凝土的强度发展。在本试验中，再生骨料的这些特性可能导致混凝土的和易性变差，强度有所降低。

水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，该水泥具有良好的胶凝性能，能为混凝土提供所需的强度和粘结力。其初凝时间不小于45min，终凝时间不大于600min，3天抗压强度不小于17.0MPa，28天抗压强度不小于42.5MPa，这些性能指标符合试验对水泥强度和凝结时间的要求，能保证混凝土在不同龄期达到相应的强度，确保试验结果的准确性和可靠性。

钢筋选用HRB400级热轧带肋钢筋，其屈服强度标准值为400MPa，抗拉强度标准值为540MPa，具有较高的强度和良好的延性。在再生混合构件中